ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Декан ЭФФ
Евтушенко Г.С.
«____» _______________2009 г.
ОБЩАЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Рабочая программа для направления 552800 – промышленная и
биомедицинская электроника
Факультет электрофизический (ЭФФ)
Обеспечивающая кафедра теоретической и общей электротехники
Курс 2
Семестр 4
Учебный план набора 2009 года
Распределение учебного времени
Лекции
34
часа (ауд.)
Лабораторные работы
18
часа (ауд.)
Практические занятия
18
часов (ауд.)
Курсовой проект –
Курсовая работа –
Всего аудиторных занятий
Самостоятельная (внеаудиторная)
работа
Общая трудоемкость
Зачет –
Диф. зачет Экзамен в 4 семестре
70
70
140
2009г.
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
часов
часов
часов
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
ПРЕДИСЛОВИЕ
1 Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО по направлению 552800
– информатика и вычислительная техника, утвержденного в 2000 г., и основной образовательной программы ТПУ.
РАССМОТРЕНА И ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры теоретических и общих основ электротехники 31 августа 2009г. протокол № 11.
2. Разработчик – профессор кафедры ТОЭ
3. Зав. обеспечивающей кафедрой ТОЭ
Ю.Н. Исаев
А.В. Лукутин
4. Рабочая программа СОГЛАСОВАНА с факультетом, выпускающими
кафедрами; СООТВЕТСТВУЕТ действующему учебному плану.
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
Аннотация
Общая электротехника (ТОЭ)
200100
200200
200500
Кафедра ТОЭ ЭЛТИ
Профессор Исаев Юсуп Ниязбекович
тел. (3822)563-642
Цель: формирование знаний об основных законах электрической и магнитной цепи, методах расчета электрической и магнитной цепи в установившемся и переходном режимах, электромагнитных устройствах и
информационных электрических машинах.
Содержание: основные законы и определения электрической и магнитной цепи, методы расчета электрической и магнитной цепи, переходные
процессы в цепях, электромагнитные устройства, трансформатор.
Курс 2 (4 семестр – экзамен)
Всего 140ч., в т.ч.: лк.– 34ч., л.р. – 18ч., пр. – 18ч.
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
1 Цели и задачи учебной дисциплины
Курс ТОЭ является одной из базовых дисциплин, обеспечивающих
общетеоретическую и профессиональную подготовку инженеров, необходимую для освоения специальных дисциплин.
Цель изучения дисциплины: приобретение студентами знаний, навыков
и умений по расчету и анализу магнитных, линейных и нелинейных электрических цепей в установившемся и переходном режимах, устройству и принципу действия электрических машин.
1.1. Цели преподавания дисциплины
Студент, изучивший курс ТОЭ должен:
иметь представление:
 о роли курса для освоения специальных дисциплин;
 о программах для расчетов линейных и нелинейных электрических цепей в установившемся и переходном режимах.
 о видах и принципах действия электрических машин.
знать:
– основные законы и определения электрической и магнитной цепи,
– методы расчета электрической и магнитной цепи,
– методы расчета переходных процессов в цепях,
– принцип действия и устройство трансформатора,
– принцип действия асинхронных и синхронных машин, двигателя постоянного тока.
уметь:
 использовать полученные знания при освоении учебного материала последующих дисциплин;
 рассчитывать линейные и нелинейные электрические цепи в установившемся и переходном режимах;
 рассчитывать магнитные цепи.
иметь опыт:
 работы со справочной и учебной литературой;
 подготовки исходных данных для программ расчетов линейных и нелинейных электрических цепей в установившемся и переходном режимах.
1.2. Задачи изложения и изучения дисциплины
Для достижения, поставленных при изучении дисциплины, используется
набор методических средств:
 лекции;
 практические занятия с опросом студентов и закреплением теоретического материала;
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
 лабораторные работы с индивидуальными заданиями и защитой выполненных исследований;
 индивидуальные и групповые консультации по теоретическим и практически вопросам курса;
Проверка приобретенных знаний, навыков и умений осуществляется посредством опроса студентов, при защите лабораторных работ, текущих тестовых испытаний и сдачи экзамена.
2. Содержание теоретического раздела дисциплины (лекции, 34 часов)
2.1. Электрические и магнитные цепи (28 час.)
2.1.1. Основные определения (4 часа)
Электрическая цепь и её элементы. Простейшие двухполюсники и их
свойства. Источники электрической энергии, их характеристики и схемы
замещения. Основные физические величины, характеризующие электромагнитные процессы. Понятие о сигналах и способах их математического
описания. Основные законы электрической цепи. Символический метод
расчета.
2.1.2. Топологические параметры и методы расчета электрических цепей
(4 часа)
Топологические понятия электрической цепи: граф цепи, дерево графа,
контур, узел, ветвь. Методы расчета: узловые потенциалы, контурные токи, эквивалентный генератор, метод наложения (2 час.).Эквивалентные
преобразования электрических цепей. Баланс мощности (2 час.).
2.1.3. Линейные и нелинейные цепи (5 часа)
Цепи с индуктивно связанными элементами. (3 час.).
Основные понятия и определения резонансных явлений Последовательный и параллельный колебательный контуры. Определение и основные
понятия нелинейных цепей (2 час.).
Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока. Расчет
по характеристикам для мгновенных значений (аналитический и графический способы) (2 час.).
2.1.4. Анализ и расчет магнитных цепей (4 часа)
Магнитные цепи и их схемы замещения. Закон полного тока и законы
Кирхгофа в магнитных цепях. Расчет неразветвленной и разветвленной
цепи при заданных геометрических параметрах и физических характериРазработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
стиках цепи и заданных величинах намагничивающих сил или магнитного потока (индукции) в ветвях.
2.1.5. Переходные процессы (12 часов)
Физическая природа переходных процессов, законы коммутации, зависимые и независимые начальные условия. Классический метод расчета
переходных процессов, свободные и принужденные составляющие токов
и напряжений и их расчет, расчет корней характеристического уравнения
(4 час.).
Переходные характеристики пассивных цепей, интеграл Дюамеля. Переходные процессы при источниках импульсных напряжений и токов
произвольной формы (4 час.).
Операторный метод расчета переходных процессов. Операторные схемы замещения и их расчет (2 час.).
Метод переменных состояния (2 часа).
2.2. Электромагнитные устройства и электрические машины (6 часов)
2.2.1. Электромагнитные устройства (2 час)
Определение, принцип действия и область применения дросселей насыщения и магнитных усилителей.
2.2.2. Трансформаторы (3 часа)
Устройство и принцип действия трансформатора. Разновидности трансформаторов. Работа трансформатора.
3 Содержание практического раздела дисциплины (36 часов)
3.1 Тематика практических занятий (18 часов)
3.1.1 Законы линейных электрических цепей и методы их расчета (4 часа) (2 час
с.р.).
3.1.2 Линейные цепи синусоидального тока (с учётом явления взаимной индукции при расчёте). Векторные диаграммы и комплексный метод. Резонансные
явления (2 часа) (1 час с.р.).
3.1.3. Расчет нелинейных электрических и магнитных цепей постоянного тока
(2 часа) (1 час с.р.).
3.1.4. Нелинейные цепи переменного тока (4 часа) (2 час с.р.).
3.1.5. Расчет переходных процессов в линейных цепях классическим, операторным методами и с помощью интеграла Дюамеля (6 часов) (3 час с.р.).
3.2 Тематика лабораторных работ (18 часов)
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
3.2.1. Знакомство с измерительным комплексом ’’Луч’’. Техника безопасности при выполнении лабораторных работ (2 ч.) (1 час с.р.).
3.2.2. Исследование мгновенных значений сигналов в элементах цепи (2
ч.) (1 час с.р.).
3.2.3. Исследование характеристик источников напряжения и тока (2 ч.) (1 час
с.р.).
3.2.4. Исследование простейших линейных цепей с гармоническими
сигналами (2 ч.) (1 час с.р.).
3.2.5. Исследование цепи с индуктивно связанными катушками (2 ч.) (1 час
с.р.).
3.2.6. Исследование резонансных явлений в последовательном колебательном
контуре (2 ч.) (1 час с.р.).
3.2.7. Переходные процессы в цепи первого порядка (2 ч.) (1 час с.р.).
3.2.8. Переходные процессы в цепях второго порядка (2 ч.) (1 час с.р.).
3.2.9. Нелинейная цепь постоянного тока ( 2ч.) (1 час с.р.).
4. Программа самостоятельной познавательной деятельности (70часов)
Программа самостоятельной деятельности включает:
 подготовку к практическим занятиям – 9 часов;
 обработку результатов лабораторных работ и их оформление – 9 часов;
 выполнение двух индивидуальных домашних заданий:
1. Расчет линейной цепи гармонического тока – (18 ч.).
2. Расчет переходного процесса в линейной цепи – (16 ч.).
 проработку теоретических разделов дисциплины, представленных в таблице – 18 часов.
Наименование темы
1
Способы соединения элементов цепи, топологические понятия
электрической цепи: граф цепи, дерево графа, контур, узел. Матрицы узловая (соединений) и контурная.
ча литература
с
4
[6.2.2, 6.2.7]
5 Текущий и итоговый контроль
Целью текущего контроля знаний студентов является проверка ритмичности
работы студентов, оценка усвоения теоретического, практического материала
и приобретенных знаний, умений и навыков.
Текущий контроль обеспечивается:
 опросом студентов на практических занятиях;
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
 допуском к выполнению лабораторных работ и защитой результатов их выполнения (минимальный уровень знаний оценивается по
контрольным вопросам, помещенным в методических указаниях по
выполнению лабораторных работ);
 ежемесячной аттестацией студентов по результатам посещения лекционных и практических занятий, выполнения и защиты лабораторных работ, опроса на практических занятиях, выполнения контрольных заданий по теоретическому материалу.
По дисциплине составлен рейтинг–план в соответствии с которым результаты текущей аттестации подаются в деканат АВТФ.
По дисциплине разработано 60 экзаменационных билетов, 25 билетов для
входного контроля, 30 билетов для текущего контроля.
6 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1 Перечень используемых информационных продуктов
На практических занятиях на кафедре ТОЭ используются автоматизированные обучающие курсы (АУКи) по следующим темам:
6.1.1 Основы теории электрических цепей.
6.1.2 Методы расчета электрических цепей.
6.1.3 Резонансные явления.
6.1.4 Расчет переходных процессов классическим методом.
6.1.5 Операторный метод расчета переходных процессов.
Для выполнения расчетно-графических работ и на лабораторных занятиях используются оригинальные программы, разработанные кафедрой ТОЭ:
6.1.6 Решение системы линейных алгебраических уравнений.
6.1.7 Матрично-топологические методы расчета.
6.1.8 Расчет переходного процесса в линейной цепи второго порядка
классическим методом.
6.1.9 Расчет переходного процесса в линейной цепи операторным методом.
6.1.10 Расчет переходного процесса в линейной цепи методом переменных состояния.
Кроме того, студенты имеют возможность вести расчеты в системе
Мathcad.
6.2 Перечень рекомендуемой литературы
Основная
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
6.2.1. Демирчян К.С., Нейман Л.Р., Коровкин Н.В., Чечурин В.Л..- Теоретические основы электротехники: в 3-х т. Учебник для вузов. – 4-е изд.
6.2.2 Зевеке Г.В. Ионкин П.А. и др. Основы теории цепей. –М.: Энергоатомиздат, 1989.- 528 с.
Дополнительная
6.2.3 Бессонов Л. А.. Теоретические основы электротехники. Электрические
цепи. –М.: Высш.шк., 1996.- 638 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Пример задания текущего контроля
---------------------------------------------------------------------------------------------Билет №1
1. Мгновенные значения напряжения и тока в цепи, состоящей из конденсатора и последовательно включенного резистора, u = 420sin314t В и i =
7sin(314t + 630) А. Определить полное и реактивное сопротивления цепи,
сопротивление резистора, полную потребляемую мощность, действующие
значения напряжений на резисторе и конденсаторе. Построить кривые изменения тока, входного напряжения и полR
ной мощности.
R
e (t) 2. Для заданной схемы (рис. 1) в общем виде
составить систему уравнений по методу узj(t)
e (t)
ловых потенциалов для комплексов дейC
R
ствующих значений. Записать систему
уравнений в матричной форме.
Рис. 1
e1(t)=E1msin(wt + 1), e2(t)=E2msin(wt + 2),
j(t)=Jmsin(wt + ).
3. Определить и изобразить на графике закон изменения напряжения на индуктивности L = 1 Гн в схеме рис. 2, а. Форма тока источника показана на
рис. 2, б. До момента времени t = 0 ток в индуктивности полагать равным
нулю.
1
2
Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
C
е(t)
e(t), j(t)
Е, J
u (t)
R
-p/2 t
Ae
t
2
T/2
T
Рис. 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Билет №1
1. Ток в индуктивности i(t) изменяется по известному закону. Построить график изменения напряжения на индуктивности uL(t), L =
1 мГн, ω = 100 р/с.
A i(t )
1
0.5
t
i(t)
0
u (t)
L
L
1.57
3.14
4.71
0.5
1
2. Определить токи в ветвях (мгновенные значения). Выбрать наиболее рациональный метод решения
( f  50 Гц ).
Дано:
e(t )  20sin(t ) В
R  10 Ом
L  0.1 Гн
C  60 мкФ
3. Классическим или операторным методом расчета определить ток источника ЭДС - i (t )
Дано:
E  20 В
R  20 Ом
L  0.1 Гн
4. Составить матрицу состояния и вектор правых частей.
Дано:
J 2А
R  10 Ом
L  0.4 Гн
С  60 мкФ
5. Геометрические размеры магнитной цепи:
l = 20 cм, S = 20 см2 , w1 = 100, w2= 200, 0 = 4∙10-7 Гн/м. I1 =1 A, I2 = 2 A,  = 0.
Определить магнитный поток Ф.
Тл В
S
I1
w1
l
I2
w2
2.4
2
1.6
1.2
0.8
Н 103 А / м
0.4
0

Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
0
1
2
3
4
5
6
6.28
Рабочая программа по
дисциплине
Ф ТПУ 7.1–21/01
Билет №2
1. Ток в индуктивности i(t) изменяется по известному
закону. Построить график изменения напряжения на
индуктивности uL(t), L = 1 мГн.
A
i
4
i(t)
2
u (t)
t
L
L
1
2
3
C
2. Определить ток в ветви с источником ЭДС (мгновенное значение). Выбрать наиболее рациональный метод
решения ( f  50 Гц ).
Дано:
e(t )  20sin(t  60 ) В
R  10 Ом
L  0.1 Гн
C  40 мкФ
3. Классическим или операторным методом расчета определить ток источника ЭДС - i (t )
Дано:
E  20 В
R  20 Ом
L  0,1 Гн
4. Составить матрицу состояния и вектор правых частей.
Дано:
E  30 В
R  10 Ом
L  0.4 Гн
С  60 мкФ
5. Геометрические размеры магнитной цепи:
l = 20 cм, S = 20 см2 , w1 = 100, w2= 200, 0 = 4∙10-7Гн/м. Ф = 0,8∙10-4 Вб, I2 = 0 A,  = 1 мм.
Определить ток I1.
Тл В
2.4
S
I1
w1
l
I2
w2
2
1.6
1.2
0.8
Н 103 А / м
0.4
0

Разработчик Исаев Ю.Н.
Дата разработки 1.09.2009
0
1
2
3
4
5
6